RU2146183C1 - Casting of internal combustion engine cylinder block and method for making it - Google Patents

Abstract

FIELD: chill mold casting. SUBSTANCE: at casting cylinder block of internal combustion engine, sleeves are heated before placing them in mold. In process of pouring alloy into mold symbol portions of sand cores through ventilation ducts of metallic matrices of mold are connected with vacuum system. Sleeves have annular sealing beads on outer lateral surface. End surfaces of beads are flat ones or they are in the form of truncated cones turned by their large bases to that end of sleeve near which they are arranged. Sleeves are heated until temperature less than temperature of beginning change of microstructure of sleeve material but higher than crystallization temperature of casting material. It provides close contact of sleeves with body of casting. Beads provide crimping of sleeve by casting alloy. EFFECT: fluid tightness of cooling jacket of cylinder block. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области литья в металлические формы деталей из алюминиевых сплавов, в частности блоков цилиндров ДВС с залитыми чугунными гильзами, а также к конструкциям указанных гильз цилиндров. The invention relates to the field of casting in metal forms of parts made of aluminum alloys, in particular ICE cylinder blocks with cast iron sleeves, as well as to the designs of these cylinder liners.

Известны блоки цилиндров ДВС, отлитые из алюминиевых сплавов с залитыми в тело блока чугунными гильзами цилиндров, выполненные методом литья под давлением (ЛПД) [1,2]. Known cylinder blocks of internal combustion engines cast from aluminum alloys with cast-iron cylinder liners cast in the body of the block, made by injection molding (LPD) [1,2].

Этот способ получения отливок блока экономически целесообразен лишь при производстве ДВС с малым рабочим объемом цилиндров (менее 2,0 л) и относительно небольшой массе отливки, т. к. стоимость литейного оборудования напрямую зависит от массы отливки. Кроме того, технология ЛПД дает возможность получения блоков только с открытой верхней плоскостью (open deck) [3], что затрудняет применение блоков такой конструкции на ДВС c рабочим объемом более 2,0 л. This method of producing block castings is economically feasible only in the production of ICE with a small cylinder displacement (less than 2.0 l) and a relatively small casting mass, since the cost of foundry equipment directly depends on the casting mass. In addition, the LPD technology makes it possible to obtain blocks only with an open upper plane (open deck) [3], which complicates the use of blocks of this design on ICE with a working volume of more than 2.0 liters.

Известны также отливки блоков цилиндров, получаемые методом гравитационного литья в металлические формы с применением песчаных стержней [1]. Also known are castings of cylinder blocks obtained by gravity casting into metal molds using sand rods [1].

В отличие от способа получения отливок ЛПД этот способ не требует применения дорогих и сложных литейных машин, позволяет получать крупногабаритные отливки с массой в несколько десятков килограммов, а также дает возможность конструктивно выполнять такие отливки с закрытой верхней плоскостью (closed deck), что значительно повышает жесткость верхнего пояса блока цилиндров и позволяет более надежно уплотнить газовый стык между блоком и головкой. В то же время при выполнении отливок блоков указанным способом возникают серьезные проблемы по обеспечению плотности и герметичности стенок водяной рубашки, надежности контакта гильз с материалом блока в случае, например, необходимости изготовления отливок с водяными протоками между заливаемыми гильзами, т. к. в таком случае толщина стенок отливки около чугунных гильз может составлять всего 3-3,5 мм. In contrast to the method of producing LPD castings, this method does not require the use of expensive and complex casting machines, allows you to get large-sized castings with a mass of several tens of kilograms, and also makes it possible to constructively perform such castings with a closed upper plane (closed deck), which significantly increases the rigidity the upper belt of the cylinder block and allows more reliable sealing of the gas joint between the block and the head. At the same time, when casting blocks in this way, serious problems arise in ensuring the density and tightness of the walls of the water jacket, the reliability of the contact of the sleeves with the material of the block in the case, for example, of the need to make castings with water ducts between the filled sleeves, because in this case the thickness of the walls of the casting near the cast iron sleeves may be only 3-3.5 mm

Известно, что для создания плотного слоя алюминиевого сплава вокруг наружной поверхности гильз, гильзы перед установкой в формы в ряде случаев предварительно нагревают, например, до температуры около 200^oC [2].It is known that in order to create a dense layer of aluminum alloy around the outer surface of the sleeves, the sleeves are pre-heated in some cases, for example, to a temperature of about 200 ^o C [2].

Для достижения надежности посадки гильз в тело блока также используется рифление наружной поверхности гильз кольцевыми канавками [2]. To achieve a reliable fit of sleeves into the body of the block, corrugation of the outer surface of the sleeves with annular grooves is also used [2].

При гравитационном способе получения отливок блока с протоками между гильзами упомянутые выше условия посадки гильз в тело блока не гарантируют герметичность водяной рубашки, т.к. при малой толщине стенок отливки в межгильзовом пространстве (как уже указывалось ранее - не более 3,5 мм) не обеспечивается их плотность. В связи с этим может возникать сообщение полости водяной рубашки с атмосферой через поры и неспаи упомянутых стенок, неплотности в пограничном слое между наружной поверхностью гильз и окружающими их стенками водяной рубашки с выходом к торцам гильз. In the gravitational method for producing castings of a block with ducts between the sleeves, the above-mentioned conditions for the fit of sleeves into the body of the block do not guarantee the tightness of the water jacket, because with a small thickness of the walls of the casting in the inter-sleeve space (as already mentioned above - not more than 3.5 mm), their density is not ensured. In this regard, a water jacket cavity can communicate with the atmosphere through the pores and junctions of the mentioned walls, leaks in the boundary layer between the outer surface of the sleeves and the walls of the water jacket surrounding them with access to the ends of the sleeves.

Опыт освоения промышленного производства отливок блока цилиндров автомобильного 4-цилиндрового ДВС с рабочим объемом цилиндров 2,9 л методом гравитационного литья (масса отливки около 30 кг) показал, что известные приемы обеспечения надежного контакта гильз с телом блока и получения герметичности полости водяной рубашки не дают положительных результатов. The experience in the industrial development of castings of a cylinder block of an automobile 4-cylinder internal combustion engine with a cylinder displacement of 2.9 liters by gravity casting (casting mass is about 30 kg) has shown that the known methods for ensuring reliable contact between the liners and the block body and the tightness of the water jacket cavity do not give positive results.

Задачей настоящего изобретения является создание отливки блока цилиндров ДВС и способа ее получения, при котором улучшается контакт залитых чугунных гильз с телом блока и повышается плотность стенок отливки, за счет чего обеспечивается герметичность водяной рубашки блока. An object of the present invention is to provide an engine block casting of an internal combustion engine and a method for producing it, in which the contact of the cast iron sleeves with the body of the block is improved and the density of the walls of the casting is increased, which ensures the tightness of the water jacket of the block.

Предлагаемое изобретение решает эту задачу следующим образом. На боковой поверхности гильзы у обоих ее торцев выполнены кольцевые буртики, что обеспечивает обжатие и уплотнение стыка между телом блока и гильзой по внешним торцевым поверхностям буртиков при остывании сплава. Буртики могут выполняться как с плоскими торцевыми поверхностями, так и с торцевыми поверхностями в виде усеченных конусов, большие основания которых обращены к ближнему торцу гильзы. Перед установкой гильз в форму их нагревают до температуры, меньшей, чем температура начала изменений в микроструктуре материала гильзы на 100-120^oC, но большей, чем температура кристаллизации материала отливки на 20-30^oC, а знаковые части песчаных стержней, образующих водяную рубашку блока, через вентиляционные каналы в металлических матрицах формы подсоединяют к вакуумной системе в процессе заливки и кристаллизации металла в форме.The present invention solves this problem as follows. On the lateral surface of the sleeve at both its ends, annular beads are made, which provides compression and sealing of the joint between the block body and the sleeve on the external end surfaces of the beads during cooling of the alloy. The shoulders can be made both with flat end surfaces, and with end surfaces in the form of truncated cones, large bases of which face the near end of the liner. Before installing the sleeves in the mold, they are heated to a temperature lower than the start temperature of the changes in the microstructure of the liner material by 100-120 ^o C, but higher than the crystallization temperature of the casting material by 20-30 ^o C, and the iconic parts of the sand rods forming water the jacket of the block, through the ventilation channels in the metal molds of the mold, is connected to the vacuum system during the pouring and crystallization of the metal in the mold.

Сущность изобретения поясняется чертежами. The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 изображен продольный разрез отливки блока цилиндров до извлечения ее из формы и выбивки песчаных стержней. Отливка изображена в том положении, в котором ведется заполнение формы расплавом. Литниковая система не показана. In FIG. 1 shows a longitudinal section of a casting of a cylinder block before removing it from the mold and knocking out sand rods. The casting is depicted in the position in which the mold is filled with the melt. Gating system not shown.

На фиг.2 изображен поперечный разрез этой отливки. Figure 2 shows a cross section of this casting.

На фиг. 3 и фиг. 4 изображены гильзы с различными вариантами выполнения кольцевых буртиков на наружной боковой поверхности. In FIG. 3 and FIG. 4 depicts sleeves with various embodiments of the annular flanges on the outer side surface.

Форма состоит из боковых матриц 1 и 2 и торцевых матриц 3 и 4, верхнего металлического стержня 5 и нижней плиты 6. На металлических стержнях 7, закрепленных на нижней плите 6, установлены чугунные гильзы 8 с кольцевыми уплотняющими буртиками 9 и 10. В зоне установки гильз размещен песчаный стержень 11 водяной рубашки блока, имеющий несколько знаковых частей 12 с выходом в вентиляционные каналы 13 металлических матриц 1, 2, 3, 4. The mold consists of side matrices 1 and 2 and end matrices 3 and 4, the upper metal rod 5 and the lower plate 6. On the metal rods 7, mounted on the lower plate 6, cast iron sleeves 8 with ring sealing beads 9 and 10 are installed. In the installation area the liners placed a sand rod 11 of the water jacket of the block, having several iconic parts 12 with access to the ventilation channels 13 of the metal matrix 1, 2, 3, 4.

Гильзы перед установкой подогреваются до температуры приблизительно 600^oC, которая выбрана исходя из следующих условий.The sleeves before installation are heated to a temperature of approximately 600 ^o C, which is selected based on the following conditions.

Увеличение температуры подогрева гильз перед их установкой в форму, например, до температуры заливаемого сплава (700-720^oC) позволяет значительно улучшить заполнение сплавом межгильзовых пространств и повысить плотность стенок отливки, прилегающих к гильзам, в особенности, где толщина стенок минимальная.An increase in the heating temperature of the sleeves before they are inserted into the mold, for example, to the temperature of the alloy being poured (700-720 ^o C), can significantly improve the filling of the inter-shell spaces with the alloy and increase the density of the walls of the casting adjacent to the sleeves, especially where the wall thickness is minimal.

Однако при этом происходит недопустимое снижение твердости материала гильз из-за начала изменений в микроструктуре чугуна, в частности в связи с появлением зернистого перлита. However, an unacceptable decrease in the hardness of the liner material occurs due to the onset of changes in the microstructure of cast iron, in particular due to the appearance of granular perlite.

Если снизить температуру предварительного подогрева гильз на 100-120^o, то изменений в микроструктуре чугуна не происходит, твердость гильз практически не меняется, в то же время проливаемость и плотность стенок отливки, в том числе и в межгильзовом пространстве, получается удовлетворительной, т. к. температура гильз остается на 20-30^o выше температуры кристаллизации сплава, которая составляет 570-580^oC, что обеспечивает сохранение жидкотекучести расплава при заполнении полостей вокруг гильз цилиндров.If you reduce the preheating temperature of the sleeves by 100-120 ^o , then there is no change in the microstructure of cast iron, the hardness of the sleeves practically does not change, at the same time, the spillability and density of the walls of the casting, including in the sleeve space, is satisfactory, because the temperature of the liners remains 20-30 ^o above the crystallization temperature of the alloy, which is 570-580 ^o C, which ensures the preservation of the fluidity of the melt when filling the cavities around the cylinder liners.

При заливке жидкий алюминиевый сплав подается в металлическую форму одновременно сверху и снизу, образуя отливку 14 блока цилиндров. When casting, a liquid aluminum alloy is fed into a metal mold simultaneously from above and from below, forming a casting 14 of the cylinder block.

С началом подачи расплава включается вакуумная система, которая через вентиляционные каналы 13 в металлических матрицах формы через знаковые части 12 песчаного стержня 11 отсасывает газы, образующиеся при выгорании стержневой смеси, благодаря чему улучшается проливаемость стенок отливки в межгильзовом пространстве. At the beginning of the melt supply, a vacuum system is switched on, which sucks the gases formed during the burning of the core mixture through the ventilation channels 13 in metal molds of the mold through the iconic parts 12 of the sand rod 11, which improves the spillability of the casting walls in the inter-shell space.

После кристаллизации и остывания расплава вследствие различия коэффициентов линейного расширения чугуна и алюминиевого сплава происходит обжатие гильз как по наружной боковой поверхности, так и по торцам материалом тела отливки благодаря наличию у обоих торцев гильз кольцевых уплотняющих буртиков. After crystallization and cooling of the melt, due to the difference in the linear expansion coefficients of cast iron and aluminum alloy, the sleeves are compressed both on the outer side surface and at the ends by the material of the casting body due to the presence of annular sealing collars at both ends of the sleeves.

Источники информации
1. Смоль Г. И. Американские легковые автомобили (обзор). - М.: ЦНТИ, 1961, с. 23-33.Sources of information
1. Smol G. I. American cars (review). - M.: TSNTI, 1961, p. 23-33.

2. Конструкция малолитражных двигателей. Сборник статей. - М.: Машиностроение, 1969, с. 98-100. 2. The design of small engines. Digest of articles. - M.: Mechanical Engineering, 1969, p. 98-100.

3. Автомобильная промышленность США. 1993, N 4, с. 18-23. 3. Automotive industry in the USA. 1993, N 4, p. 18-23.

Claims (3)

1. Отливка блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания из алюминиевого сплава, содержащая залитые чугунные гильзы с кольцевыми уплотняющими буртиками, расположенными на внешней боковой поверхности гильз у обоих торцов, отличающаяся тем, что торцевые поверхности буртиков выполнены как плоскими, так и в виде усеченных конусов, обращенных большими основаниями в сторону торца гильзы, у которого они расположены. 1. Casting a cylinder block of an internal combustion engine of aluminum alloy, containing cast iron sleeves with annular sealing beads located on the outer side surface of the liners at both ends, characterized in that the end surfaces of the shoulders are made both flat and in the form of truncated cones facing large bases in the direction of the end face of the liner at which they are located. 2. Способ получения отливки блока цилиндров двигателя внутреннего сгорания из алюминиевого сплава методом гравитационного литья в металлические формы с песчаными стержнями для образования водяной рубашки блока, имеющими знаковые части, включающий предварительный нагрев установленных в форму чугунных гильз перед заливкой сплава, отличающийся тем, что гильзы нагревают до температуры, меньшей температуры начала изменений микроструктуры материала гильз, но большей температуры кристаллизации материала отливки. 2. A method of producing a casting of a cylinder block of an internal combustion engine of aluminum alloy by gravity casting in metal molds with sand rods to form a water jacket for a block having sign parts, including preheating cast iron sleeves in the form before casting the alloy, characterized in that the liners are heated to a temperature lower than the temperature at which changes in the microstructure of the liner material begin, but at a higher crystallization temperature of the casting material. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что знаковые части песчаных стержней подсоединяют к вакуумной системе в процессе заливки сплава в форму через вентиляционные каналы в металлической форме. 3. The method according to claim 2, characterized in that the iconic parts of the sand rods are connected to the vacuum system in the process of pouring the alloy into the mold through ventilation ducts in metal form.

Images